1、回歸自然人造人造巖石固化放射性廢物巖石固化放射性廢物本13核化1班吳福海學號：20134150114主要內容： 人造巖石 幾種典型的人造巖石固化體 人造巖石固化工藝 人造巖石固化高放廢物的前景人造巖石人造巖石組成及制備地球上天然火成巖中含有少量放射性元素（如鈾、鉀-40）穩定存在了億萬年, 但沒有污染我們賴以生存的地球.澳大利亞國立大學Ringwood 教授于 1978 年首次研制出了一種高放廢物固化基材人造巖石(Synthetic Rock , ) 固化體 . 其實質是一種陶瓷, 在迄今開發的各種固化體中是較為理想的 .人造巖石原理從地球化學的觀點出發 ,根據“類質同象” 、“礦相取代”、“

2、低溫共熔” 等原理。通過高溫固相反應開發研制的一種熱力學穩定的多晶相鈦酸鹽礦物固熔體. 能夠使放射性核素的原子進入礦物的晶體結構中, 或者鑲嵌在晶體之間的孔隙中 ,與基質礦物形成均勻的固溶體從而獲得安全處置. 一般大部分廢物元素直接進入礦相的晶格位置 ,只有少部分廢物元素被還原成了金屬單質包容在合金相中. 人造巖石特性（優點）1致密度高 2化學穩定性強 3抗輻照性強 4抗浸出性強 導熱性能、抗浸出性能、抗輻照性能均優于玻璃固化.因此，它比玻璃固化更適于高放射性、高釋熱、長壽命的特定高放廢液的固化.幾種典型的人造巖石固化體 鈣鈦鋯石型人造巖石 鈣鈦鋯石( CaZrTi2O7) 型人造巖石是地球上

3、最穩定的礦相之一 ,也是錒系核素的主要寄生相 ,具有很好的發展前景 ,目前國內外研究的比較多. 合成方法固相反應法 ,液相反應法 . 固相反應法的 工藝簡單,原料容易得到而且價格低 ,合成的鈣鈦鋯石純度較高 ,更適合于工程化應用. 鈣鈦鋯石屬于缺陰離子的氟石型超結構, 其主要成分是 CaO , ZrO2 , TiO2, 有 5 個不同的晶格位,根據類質同象原理,大小合適的其他離子可以不同程度地進入這 5 個位置 , 有的離子可以進入 1 個以上的位置. 富燒綠石型人造巖石 燒綠石和鈣鈦鋯石一樣也是自然界中穩定存在的礦相. 它們具有相近的結構, 因此具有相近的性能 ,但燒綠石可以達到較高的包容量

4、 ,這對深地質處置是十分有利的 . 燒綠石是在制備人造巖石過程中 ,當金屬離子對鈣鈦鋯石的鋯位的取代超過一定的固溶度時形成的 . 目前 ,國際上對以燒綠石為主要礦相人造巖石固化的研究比較少 , 我國原子能科學院的楊建文等人做了這方面的研究工作 ,并取得一定的成果 . 含Na2Al2Ti6O6型黑鈦鐵鈉礦的人造巖石 普通人造巖石各組成礦相的晶格對從后處理廠產生的高放廢物的包容能力很好, 但對鈉離子的包容能力都很低 ,所以這種固化體對高鈉廢液的包容效果一直不好 . 含 Na2Al2Ti6O6型黑鈦鐵鈉礦的人造巖石固化體可以用來包容高鈉廢液，黑鈦鐵鈉礦是一種天然礦物它的基本組成為 A2B2Ti6O6

5、 , Al3+ , Ti3+Cr3+等 . 黑鈦鐵鈉礦中的( B3+ , Ti4+)O6八面體通過共邊和共頂點組成空間網絡結構 , 鈉離子可以鑲嵌在網絡結構的空隙中 ,因此具有較好的物理、化學穩定性 . 富堿硬錳礦型人造巖石 高放廢液中分離出的137Cs 核素因原子半徑大 ,被認為是最難固化的核素 . 目前可以利用類質同象原理主要通過人造巖石的 Ba 型堿硬錳礦相 , 使 Cs通過異價或補償取代方式固定于堿硬錳礦的隧道結構中. 人造巖石固化工藝 人造巖石的制備可以分為 3 大步驟 制備坯料還原煅燒熱壓燒結 制備坯料制成活性大、顆粒細和分配均勻的基料，是制備合格人造巖石固化基材的關鍵.其必須粒度

6、足夠細、混合充分. 還原煅燒因為高價錒系元素是易溶的，低價錒系元素是難溶的，所以選擇在還原條件下制備人造巖石，使錒系元素以低價態出現在富鈣鈦鋯石型人造巖石固化體中。 熱壓燒結為了減少易揮發元素(如Cs，R u，T c)的逸出，在煅燒粉末中加入2鈦粉(50m顆粒)，在N：或A r氣氛中于11001300和15。25MPa條件下進行熱壓.工藝流程：工藝流程：人造巖石固化高放廢物的前景 迄今開發的各種固化體中 ,較為理想的是人造巖石固化體. 人造巖石被廣泛認為是第二代高放廢物固化體 ,固化技術發展很快 . 澳大利亞核科學和技術組織( ANSTO) 已于 1987 年率先在世界上建成第一套人造巖石冷試

7、中間工廠 ,生產能力為10 kg/h . 其他國家美國也正在建造中等規模的人造巖石固化設備 ,而英國哈維爾原子能研究所也正在研究含真實放射性廢物的人造巖石樣本 , 以評價阿爾法輻照的影響 . 日本原子能研究所正在試驗合成工藝 ,制造含裂片元素和錒系元素的人造巖石 , 并測定和評價他們的性能 . 我國我國對核廢物處理歷來都非常重視 ,中國 原子能科學研究院于 1993 年建立了國內第一個人造巖石模擬固化實驗室 , 已經研究了包容高鈉高放廢液和錒系元素的人造巖石 ,并且對動力堆和生產堆高放廢物進行模擬固化研究, 獲得對其較為滿意的結果. 人造巖石固化高放廢物 , 因其化學穩定性、熱穩定性和地質穩定性優于其他所有廢物固化體而備受世界各國的關注 . 并且此外還因其包容比大、抗輻射性良好 、浸出率低等優點，成為目前公認最好的固化方法.人造巖石固化目前是國內外的研究熱點之一！人造巖石固化目前是國內外的研究熱點之一！ 重點研